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面临扫地机器人设计挑战?这六种情况可以用小型放大器搞定!

编辑:NBA赛事竞猜平台 来源:NBA赛事竞猜平台 创发布时间:2020-11-17阅读9532次
  

辛苦一周后,家庭洗手工作是人们最不愿做到的事情之一。迄今为止,扫地机器人已面世大约23年了,随着其智能和自动化程度日益提升,人们可以在其工作时专心于自己的事情。如今的扫地机器人上构建了十分多的功能,比如新的拖地功能和自动除尘等。但对设计人员来说,这也意味著在设计可信的系统时将不会面对更好的挑战。

而小型放大器可以协助其较慢解决许多根本性挑战。下文列出了设计人员在设计过程中不会遇上的六种挑战,以及小型放大器能获取的六种解决方案:设计挑战1:由于襟翼检测延后,造成电机寿命延长扫地机器人车轮的力量要求了它的越障能力。为了需要通过薄地毯和跨过门槛,其电机功率必须超过最少30W或更高。

如果再次发生襟翼或短路事件,例如车轮被电线卡住,电机绕组电流将立刻下降。延后检测到这种情况不会造成电机短路并延长其寿命。解决方案1:电机控制系统中的较慢瞬态号召电流感应器。为增加短路的可能性,可以用于较低外侧电流感应器电路来监控电机的电流;闻图1。

图1:电机控制系统中的电流感应器电路在该应用于中用于运算放大器(opamps)电机控制系统中的电流感测电路的关键参数是力挂亲率。例如,当再次发生襟翼事件时,绕组电流不会从0.5A下降到3.5A,运算放大器的适当输入为0.5V至3.5V(50mΩ分流电阻和20-V/V增益)。

用于压摆率为0.5V/μs的运算放大器时,阶跃变化的安稳时间大约为6μs,而用于TI的TLV905x理想气体摆率为15V/μs的运算放大器,完全相同阶跃变化的安稳时间仅有为0.2μs。因此,用于瞬态响应速度提升30倍的TLV905x将减少控制器继续执行过流维护的余量。

设计挑战2:由于电池电压不精确,造成电池续航时间延长不断扩大电池容量是扫地机器人面对的众多最重要设计挑战。消费者希望机器人在必须再度电池前,需要已完成一个原始的洗手周期。用于低质量电流感测的高输入电压纹波将产生无法用于的电池容量。

例如,如果4.2V时的电池精度为±3.5%,经过250次电池循环后会将能用电池容量减少至40%,而如果4.2V时的电池精度为±0.5,则不会使能用电池容量维持在85%。解决方案2:恒流/恒压电路中的高精度电压/电流感应器。

对电池电池的一种少见方法是用于如图2右图的并存电池解决方案。电压和电流感应器电路在掌控电路中产生对系统电压和电流信号。

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为了构建高精度和稳定性,偏移电压和温度飘移是此处所用运算放大器的两大关键参数。图2:并存电池充电器电路设计挑战3:由于负温度系数(NTC)热敏电阻错误,造成电池短路监控电池组的温度是扫地机器人的众多主要安全性问题。与温度传感器的解决方案比起,监控电池组温度的具备成本效益的方法是用于NTC热敏电阻感测电路。

温度感测不许有可能造成电池组短路或烧坏。解决方案3:用于NTC展开高精度温度测量。测量温度的一种方法是用于电阻和热敏电阻来分配电源,并将分压器输入必要相连到系统控制器内部的模数转换器(ADC)插槽。分压器的输出阻抗很低,输入电压范围对ADC来说并不理想,因此这种方式效率不低,且测量结果不精确。

图3用于运算放大器作为调节温度输入信号的缓冲器,为分压器和较低电阻节点获取低电阻节点以驱动ADC,并将输入范围调节至最佳ADC分辨率。运算放大器的影响参数还包括直流精度(偏移电压、电压飘移)和稳定性。图3:NIC热敏电阻感测电路设计挑战4:由于里程计测量不许,造成定位和导航系统精度较低当扫地机器人建构环境地图时,里程计不应获取用作绘图的精确前进距离。

里程计测量不许将造成机器人的定位和导航系统精度较低。解决方案4:能用务实的里程计信号强化电路。

测量里程的常用方法是用于光电解码器或霍尔效应传感器并对脉冲展开计数,以取得里程信息。一般来说来讲,里程计加装在车轮内部,因此印刷电路板回头线很长,更容易受到电源噪声的影响,从而造成输入信号在MCU的输出端口杂讯。如图4右图的缓冲器电路可产生无晃动和失灵的标准逻辑信号。图4:用作务实逻辑输入电路的缓冲器设计挑战5:喧闹/失知道电机驱动信号不会造成电机车祸运营。

系统控制器一般来说坐落于控制板的中心,而电机加装在电路板的边缘。因此,必要相连到MCU端口的驱动信号更容易产生噪声或杂讯,造成电机车祸运营。解决方案5:电机驱动路径中的脉宽调制(PWM)增强器电路此处的解决方案是安装一个用于增强器的运算放大器,而不是将驱动信号与MCU插槽相连的电路。图5右图为用作有刷直流电机的并存电机驱动解决方案。

控制器通过图腾柱场效应晶体管驱动器产生PWM信号,以驱动H桥功率晶体管。PWM增强器电路有助最大限度地增加延后并强化PWM信号,同时减少噪声和杂讯。图5:增强型PWM电路设计挑战6:由于扫地机器人距离检测错误,造成撞击或跌入事故以防跌入传感器用作检测楼梯的高度,而撞击传感器用作检测扫地机器人周围的障碍物。距离检测错误时,不会造成传感器性能不许,从而再次发生撞击或跌入事件,并造成机器人损毁。

解决方案6:高精度红外输入信号调节。如图6右图,红外LED和光电晶体管被普遍用于检测距离的低成本解决方案。

距离信息与相同频率调制波所装载脉冲的幅度涉及。图6:红外LED接收器的信号调节电路具备较低输出偏置电流的互电阻运算放大器电路在此处被普遍用于。参照电路如SBOA268A右图。TI的TLV906x、TLV905x和TLV900x标准化放大器十分限于于上述的六种情况,设计人员可以利用其延长产品上市时间,并解决少见的设计挑战。

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